裸眼3D成像的原理

不用戴眼镜就能看到立体图像的技术被称为“裸眼立体显示技术”，裸眼3D电视就属于这一类。裸眼立体显示可以通过在普通平面显示器前放置狭缝光栅或柱镜光栅实现。图1以双视图为例示意性说明了其原理。显示器的像素沿水平方向被分为两组，比如一组为奇数列的像素，另一组为偶数列的像素。这两组像素被分别用来显示左右视图，或者说，左右视图以列交错的方式显示在屏幕上。

图a在显示器平面前放置狭缝光栅，狭缝方向竖直并与像素分组配合。狭缝光栅类似于生活中的栅栏，光只能从狭缝中通过。观察者前后调整与显示器的距离，在某个特定距离下，透过狭缝每只眼睛刚好能看到属于其中一个视图的那组像素，而不能看到属于另一个视图的像素。这种效果也可由柱镜光栅实现（如图b所示），柱镜光栅由细长的半圆柱形透镜排列而成，其焦点落在显示屏表面，柱镜将像素发出的光平行投射出去。柱镜位置要与像素位置严格配准，使不同视图像素发出的光到达不同的眼睛。

狭缝光栅制作成本较低，但狭缝光栅法挡住了一部分光，图像看上去较暗。柱镜光栅加工精度要求高，而且由于显示平面发热还要考虑柱镜材料的热胀冷缩系数，这个问题在制作大尺寸显示器时尤为突出。这两种光栅实现方法一般适用于液晶显示器或等离子显示器，而不适用于旧式的CRT显示器，因为CRT显示器的像素显示位置会有漂移从而影响立体成像。光栅也可以用于纸质印刷品上，这就是我们见到的立体相册和立体画。

虽然光栅法能实现裸眼立体显示，但不能保证在任意位置都能看到立体效果，它有一个最优观看距离。从附图可以看出，在最优距离下左右移动头部有50%的机会看到的是左右颠倒的图像，而不能立体成像。如果不在这个最优观看距离上，则会进一步减少看到立体效果的机会。增加视图的个数可以改善这种情况。现在产品化的裸眼立体显示器多采用8个视图，此时在最优距离下也有1/8的可能性看不到正确的立体匹配。然而，增加视图数量却是以牺牲清晰度为代价。不同视图的像素按特定交错方式显示在屏幕上，视图总数越多，属于每个视图的像素数就越少，立体成像的分辨率也就越低。

除光栅法外，还有很多其他方法实现裸眼立体显示，如前面提到的帧切换方法和多投影仪方法。帧序列方法用单一的显示设备高速切换显示多视图，每个视图在时间上是断续的，

但其在空间分辨率上没有损失。为提高空间中的可视区域需要增加视图个数，而这对帧切换方法的显示设备刷新率要求很高，这种方法还只停留在实验室里。多投影仪方法的立体成像在空间分辨率上没有损失，时间上也是连续的。它的主要问题是设备成本太高，因为每增加一个视图就要增加一个投影仪。另外，多投影仪间的对齐校准也较为复杂。

参考资料：/news/201204/25/69.html